用於處理廢氣的高效催化轉換器的製作方法

2023-12-10 08:46:02 1

專利名稱：用於處理廢氣的高效催化轉換器的製作方法
技術領域：
該技術領域涉及用於處理廢氣，例如如來自內燃機，發電機(例如煤或化石燃 料發電機)，以及其它廢氣源的廢氣的催化轉換器。
背景技術：
催化轉換器已經多年用於減少內燃機廢氣排放。例如，在汽油動力車中需要使 用催化轉換器，以去除碳氫化合物，氧化氮，一氧化碳，以及其它來自廢氣的汙染物。 催化轉換器也已被改進，以向混合動力車的乘客車廂提供輔助熱量。典型的催化轉換器 包括一催化部件，例如一被包容於外殼內的催化核心。該催化部件可以是具有開孔結構 的單片催化劑，其具有不規則和內連接的廢氣流路，例如多孔金屬或陶瓷材料，網狀物 或者纖維結構。其它催化部件可以是具有規則流路的蜂窩結構，廢氣通過該規則的流路 流動。催化劑可以是鉬、釕，或者其它從廢氣中去除不需要成分的合適的催化劑。通 常，催化劑需要一最低溫度，以和排放物反應，反應溫度越高去除廢氣排放越好。一些 常規的催化轉換器相對而言效率低下，因為在催化核中心的溫度經常遠遠超過周邊。因 此，催化部件的周邊部分通常反應速率和效率較低，而降低了催化轉換器的整體效率。雖然催化轉換器被要求用於汽車已有多年，它們並不被要求用於裝有舷內或船 尾驅動引擎的船舶中。然而，在2009年，催化轉換器亦將被要求用於新的具有舷內或船 尾驅動引擎的船舶中。該要求具有挑戰性，因為要保持充分冷卻的外部溫度用於船舶用 途，又要在催化核心的周邊區域保持足夠高的溫度來去除足夠的排放物，以符合環境保 護機構(Environmental Protection Agency，EPA)的標準，這是很困難的。常規催化轉換 器的核心溫度通常是1,000-1,400下。在汽車應用中，催化轉換器的外表面為空氣冷卻， 其溫度約600-1,000 T。這樣高的外部溫度顯著超過了美國海岸警衛在其船舶規定中設定 的200下的外部溫度限制。用於船舶的催化轉換器相應地為水冷式，以降低外部溫度至 可接受的限度內。然而，水冷催化轉換器的外部進一步降低了催化核心的周邊溫度。相 應地，水冷式催化轉換器的效率通常要低得多，導致更高的碳氫化合物，氧化氮，和一 氧化碳排放。一種用於船用催化轉換器的方案提出一被包容於外殼內的核心，用石棉或者其 它固體材料的固體絕緣覆蓋層圍繞該核心，和用水絕熱套圍繞該絕緣覆蓋層。為了抵消 在核心周圍的熱量損失，船用催化轉換器可以使用更有效率，更昂貴的釕催化部件。雖 然這種方案有所進步，但是其仍然此使用較不昂貴的鉬催化核心的汽車用催化轉換器效 率低下。而且，雖然釕或者其它核心材料可以用於提升效率，船用催化轉換器仍然可能 不符合EPA的標準。
此外，即使目前的催化轉換器降低汽車和其它排放源的排放，數量巨大的使用 中的交通工具大氣中的碳氫化合物，氧化氮，和一氧化碳含量有極大的貢獻。根據許多 研究和模型，快速增加的碳氫化合物，氧化氮，和一氧化碳排放水平對空前的可能產生 很多反響的全球變暖速率有貢獻。已報導的平均溫度的快速增長使許多科學家預言除非 排放被顯著降低，將會有災難性的結果。因此，提供一種可以從廢氣中去除更多排放物 的高效催化轉換器將保護環境，減輕全球變暖的潛在後果。

發明內容
A.綜述以下公開內容描述了在船舶中用於舷內或船尾內燃機的環境下若干催化轉換器 的實施方式。例如，所描述的催化轉換器的具體實施方式
很適合用於遊船(例如，滑雪 船，遊艇，釣魚船等)和個人水上器具(例如，「水上摩託(jet-skis)」和「水上自行 車」)。雖然以下描述的催化轉換器的實施方式很適合用於船舶，它們也可以用於工業， 汽車，或者其它用途，以消除廢氣排放。若干該催化轉換器的實施方式可相應地用於去 除碳氫化合物，氧化氮，一氧化碳，和燒煤發電機，其它類型的船用或其它用途的內燃 機的其他排放物，或者用於其它能夠受益於高效去除氣體排放的應用。另外，該催化轉 換器的幾個其它的實施方式可以具有和此部分所描述的不同的構造，部件或者步驟。因 此，本領域普通技術人員應當相應理解，本發明公開可以有其它具有附加部件的實施方 式，或者該發明公開可以具有其它實施方式而不含若干以下參照圖1-9B顯示和描述的特 徵。用於處理廢氣流的催化轉換器的一個實施方式包括反應室，包住至少一部分反 應室的加熱罩，以及可選的圍繞該加熱罩的冷卻劑通道。該反應室可以具有第一端部， 廢氣流由其通入該反應室，以及第二端部，廢氣由其流出該反應室。該加熱罩設置為沿 著該反應室的外部包含加熱的氣體，並且該可選的冷卻劑通道設置為圍繞該加熱罩包含 冷卻劑流。該催化轉換器可以進一步在反應室中包含催化部件。用於處理廢氣流的催化轉換器的另一個實施方式包括具有進口部和出口部的反 應室，其設置為廢氣主流由進口部經過反應室至出口部。該催化轉換器還包括圍繞該反 應室的氣室，該反應室和氣室之間的第一通路在出口部，該反應室和氣室之間的第二通 路在進口部。一部分廢氣主流由第一埠至第二埠通過該氣室，以產生通過該氣室的 加熱氣體的對流。該催化轉換器還可以包括可選的圍繞該氣室的冷卻劑通道，以及位於 該反應室中的催化核心。根據一個實施方式的用於減少來自廢氣流的排放的方法包括將廢氣主流以第一 方向通過反應室中的催化核心，以及將廢氣副流通過該反應室周圍的加熱罩。該方法可 以進一步包括，將冷卻液流通過該加熱罩周圍的冷卻劑通道。以下參照圖1-9B描述了前 述實施方式的若干特定實施例，關於催化轉換器，氣體處理系統，發電系統，以及有關 的用於從廢氣流減少排放和/或發電的方法。


圖1是根據本發明公開的一個實施方式的高效催化轉換器的示意圖。
圖2是根據本發明公開的另一個實施方式的催化轉換器的示意圖。圖3是根據本發明公開的又一個實施方式的催化轉換器的示意圖。圖4是根據本發明公開的還有一個實施方式的催化轉換器的示意圖。圖5是根據本發明公開的另一個實施方式的催化轉換器的截面圖。圖6是根據本發明公開的又一個實施方式的催化轉換器的截面圖。圖7是根據本發明公開的另一個實施方式的圖6所示催化轉換器的另一種實施方 式的截面圖。圖8是具有根據本發明公開的另一個實施方式的催化轉換器的氣體處理系統的 示意圖。圖9A-B是具有根據本發明公開的實施方式的催化轉換器的發電機系統的示意 圖。
具體實施例方式B.催化轉換器特定實施方式的說明圖1是高效催化轉換器100的示意圖，其非常適於需要限制外部溫度和/或較高 效率的應用。在此實施方式中，該催化轉換器100包括反應室110，至少包圍一部分反應 室110的加熱罩120，以及包住至少一部分加熱罩120的冷卻通道130。該反應室110具 有第一端部112，廢氣的主流Fp由其中通入該反應室110，以及第二端部114，廢氣的主 流Fp由其中流出該反應室110。相應地，該第一端部112可以為進口部，以及該第二端 部114可以為出口部。該加熱罩120可以是一氣室，其設置為沿著該反應室110的外部 包含加熱氣體流Fh，該冷卻劑通道130可以是冷卻套，其設置為圍繞該加熱罩120包含冷 卻劑流Fe。在圖1所示的實施方式中，該加熱罩120是同軸地靠近該反應室110中部的 內部環狀氣室，該冷卻劑通道130是同軸地靠近該加熱罩120的外部環狀套。該催化轉 換器100進一步在反應室110中包括催化部件140。合適的催化部件140包括開孔基質， 如多孔金屬或者陶瓷，網狀物，或者纖維結構，以及催化劑，如鉬，釕，或者取決於廢 氣的類型的其它適合的催化劑。該催化部件140可以選擇性地為蜂窩狀基質或者其它基 質結構，其具有所需的一種或多種催化劑。該反應室110，加熱罩120，和冷卻通道130 一起運作，以增加催化部件的效率，而同時在該催化轉換器的外部提供低得多的溫度。在此實施方式中，該反應室110進一步包括一個或多個接近出口部114的第一端 口 115，和一個或多個接近進口部112的第二埠 116。該第一埠 115和第二埠 116 可以一起運作，以產生通過該加熱罩的高溫廢氣的對流Fh。該加熱氣流Fh通過第一埠 115進入加熱罩120，並通過第二埠 116離開該加熱罩120，以使得再循環流R回入廢 氣的主流FP。通過加熱罩120的對流Fh非常熱，因為它在被催化部件140處理後進入加 熱室120。更特別地，該催化步驟的熱反應將廢氣的主流Fp從約300-600下的進口溫度 T1加熱至約1,000-1,400 °F的出口溫度T。。由此，該加熱流Fh在該反應室110中的催化部 件140和冷卻劑通路130中的冷卻劑流Fc之間提供極熱的具有低熱傳導性的阻障。該加 熱流Fh主動地加熱該反應室的外部，並相應減輕熱量自該反應室110損失，以使得該催 化部件140的周邊區域也具有非常高的接近於中央核心的溫度。相此於常規的不主動加 熱反應室外部的水冷式催化轉換器，該催化轉換器100效率高，並且從廢氣的主流Fp中去除可觀百分比的一氧化碳，氧化氮，碳水化合物和/或其它不需要的成分。該冷卻劑通道130包含充足的冷卻劑流，例如水或者另一種合適的流體，以冷 卻圍繞該加熱罩120的外部表面150和/或該反應室110的端部。當該催化轉換器100 在船舶應用中用於舷內或者船尾驅動的船隻時，該冷卻劑流Fc可以是來自支持該船隻的 水體的天然水流或者是結合熱交換器的閉環系統。該冷卻劑流Fe自該加熱罩120向外輻 射狀去除熱量，以使得該外部表面150在適當的為了特別應用的操作範圍內。在船舶的 情形下，該冷卻劑流Fc是充足的，使普通操作時該外部表面150的溫度低於200下，通 常低於約160下。例如，一種特定雛形的催化轉換器100在45-60下環境水中測試，其 外部表面溫度為80-120 0F，該催化部件140中的核心溫度為約1,100-1,400 0F。圖2是根據另一個公開的實施方式的催化轉換器200的示意圖。圖1和圖2中， 相似的參考標記表示相似的部件。在此實施方式中，該催化轉換器200的反應室110包 括一個或多個埠 201，廢氣由其中流入和流出該加熱罩120。該埠 201可以具有勺鬥 (scoop) 202,其引導入流F1從主流Fp進入該加熱罩120。出流F。同樣從該加熱罩發生並 通過埠 201。更特別地，當該加熱罩120中的壓力超過埠 201處的壓力時，該出流F。 將通過埠 201。該催化轉換器200類似於催化轉換器100，但是該催化轉換器200不產 生相同的通過該加熱罩120的對流。圖3是根據公開的又一個實施方式的催化轉換器300的示意圖，圖1-3中，相似 的參考標記表示相似的部件。該催化轉換器300具有加熱通道或者加熱罩320，其完全和 反應室110分開。在此實施方式中，加熱流Fh可以包括在該催化轉換器300的上遊從主 流Fp去除的廢氣，然後在該催化轉換器300的下遊再次加入該主流Fp。就其本身而言， 通過加熱罩320的該加熱流Fh不經過催化部件140的處理。因此，該催化轉換器300中 的加熱流Fh不像催化轉換器100中的加熱流Fh那麼熱。在此實施方式的另一個實施例 中，該加熱流Fh可以是被通過排氣歧管外部，排氣管外部，或者其它的引擎加熱部分的 天然空氣，以達到適當高的溫度，而依舊減輕熱量從該反應室110轉移。圖4是根據公開的另一個實施方式的催化轉換器400的示意圖，圖1-4中，相似 的參考數字表示相似的部件。在此實施方式中，該催化轉換器400包括反應室410，其 具有閉合端412和多個出口端414。該催化轉換器400進一步包括加熱罩420，其圍繞該 包括多個出口 422的反應室410，以及在該反應室410中的催化部件440。在此實施方式 中，該催化部件440具有裝載催化劑的基質442，和通過該基質442的中央孔444。冷卻 劑通道130如前所述圍繞加熱罩420。運作時，主流Fp通過該中央孔444，然後通過該 該催化部件440的基質442流入。該主流Fp通過出口 414離開反應室410，如此則加熱 罩420中的加熱流Fh為離開該反應室410的主流Fp中經處理的部分。然後該主流Fp通 過出口 422離開該加熱罩420，並被引出船隻。相應地，該催化轉換器400使用催化部件 440來加熱該加熱罩420中的廢氣。圖5是根據公開的另一個實施方式的催化轉換器500的截面圖。在此實施方式 中，該催化轉換器500包括反應室510，圍繞至少一部分反應室510的加熱罩520，以及 圍繞該加熱罩520和部分反應室510的冷卻劑通道530。該加熱罩520為氣室，該冷卻 劑通道530是用於包含冷卻劑流(例如水或者另一種合適的流體)的套。在此實施方式 中，催化部件540具有如上所述的基質和適當的催化劑。
該反應室510包括第一端部511，第二端部512，和位於該第一端部511和第二 端部512之間的中央管513，其中安置催化部件540。該第一端部511包括主進口 514， 廢氣的主流Fp由其中進入該反應室510。該第一端部還包括分散壁515，其從該主進口 514的末端至中央管513具有漸增的橫截面尺寸。該第二端部512具有主出口 516，廢氣 的主流Fp由其中離開該反應室510。該第二端部512還包括會聚壁517，其在離開該中央 管513向該主出口 516的方向上具有漸降的橫截面尺寸。如下所述，該分散壁515和會 聚壁517的設置有助於產生穩定的通過該加熱罩520的加熱對流Fh。例如，不受理論限 制，該分散壁515被相信為有助於在該催化部件540的上遊產生擴張區，而該會聚壁517 相信有助於在該催化部件540的下遊產生高壓區。該加熱罩520具有內殼522，其第一部分523連著該反應室510的第一端部511， 其第二部分524連著該反應室510的第二端部512，以及位於該第一部分523和該第二部 分524之間的中間部分525。該中間部分525從該反應室510的中央管513朝外位移，以 使得該加熱罩520在該內壁522和分散壁515外殼，中央管513外殼及聚合壁517外殼的 組合之間具有一閉合空間。此實施方式中的該催化轉換器500還包括多個通過該聚合壁 517的第一埠 541，和多個通過該分散壁515的第二埠 542。該第一埠 541和第二 埠 542可以進一步包括延伸入該加熱罩520的擋板543。該反應室510，加熱罩520，和催化部件540—起運作，以產生圍繞該反應室510 的中央管513外部的穩定的熱氣對流，以減輕熱量損失，否則熱量損失會降低該催化部 件540的效率。更特別地，該聚合壁517和擋板導致一部分來自主流Fp的廢氣通過第一 埠 541流入加熱罩520。相反地，該催化部件540上遊的該分散壁515和擋板導致氣 體流出該加熱罩520，使加熱的對流Fh以和通過該反應室510的主流Fp相反的方向流過 該加熱罩520。該加熱的對流Fh特別有利，因為該催化部件540將廢氣從第一端部511 處的約300-600 0F的溫度加熱至第二端部512處的約1,000-1,400 0F。由此，進入該加熱 罩520的氣體接近該催化部件540本身的溫度。相應地，此種流經該加熱罩520的高溫 氣流減輕了在該催化部件540周邊處的熱量損失，使得從該催化部件540的中央至周邊的 溫度梯度相對較低。另外，由於通過該加熱罩520的氣體的加熱對流Fh作為再循環流R 被引入該催化部件540的上遊，此部分廢氣經過該催化部件540的再處理，以進一步降低 通過第二端部512的主出口 516離開的主流Fp中的排放量水平。該冷卻劑通道530可以包括外殼532，其與內殼522的外表面分開，以及流體通 道533，其至少部分由該內壁522和外壁532之間的空間限定。在此實施方式中，該外 壁532具有第一末端534，其具有進口 535，以及第二末端536，其具有進口 537。該第 一末端534可以在該加熱罩520的第一部分523的上遊圍繞一部分該反應室510的第一端 部511，該第二末端536可以在該加熱罩520的第二部分524的下遊圍繞一部分該反應室 510的第二端部512。相應地，此種冷凝劑通道530的構造同時在非常熱的加熱罩520的 上遊和下遊冷卻該催化轉換器500，以保證該催化轉換器500的外部溫度對於船舶應用而 言足夠低。然而，在其它應用中，可能不需要低的外部溫度，如此則冷卻劑通道530不 必要延伸過加熱罩520之外的該反應室510。該流體通道533可以進一步包括流體導向件538，其引導和/或分隔通過通道 533的流體，以分配該加熱罩520周圍的冷卻流體。在此實施方式中，該流體導向件538是介於內殼522和外殼532之間的連續的螺旋狀壁，其沿該加熱罩520的外表面形成螺旋 通道。冷卻劑流Fe相應地進入該進口 535，並圍繞該加熱罩520的外部螺旋地流動，直 至其在出口 537離開該冷卻劑通道530。該流體導向件538設置為有助於分配圍繞該加熱 罩520外表面的冷卻劑流Fe，使冷卻劑通道530中較不可能形成氣囊和/或使流經該加熱 罩520的流體大體上一致。該流體導向件538相應地降低從該加熱罩520的一部分至另 一部分的溫度梯度。該流體導向件538是可選的，這取決於特定的應用。此外，在其它 實施方式中，該流體導向件538可以是多個單獨的壁，其沿該流體通道533的長度，或至 少一部分長度縱向延伸。圖6是根據公開的另一個實施方式的催化轉換器600的示意圖，圖7為圖6的催 化轉換器600的另一布置示意圖。圖5-7中，相似的參考標記表示相似的部件。在此實 施方式中，該催化轉換器600的反應室510可以包括和圖5所示的催化轉換器500基本相 同的特徵。然而，如圖6所示，取代了通過會聚壁517的第一埠 541和多個通過分散 壁515的第二埠 542，該催化轉換器600包括具有第一埠 541的第一套管602a，以及 具有第二埠 542的第二套管602b。該第一和第二套管602a和602b可以分別裝載該第 一和第二埠 541和542的擋板543。該第一和第二套管602a和602b可以大體上為環 形，矩形，和/或其它合適的形狀。即使圖6所示的該催化轉換器600的第一埠 541的擋板543和第二埠的擋板 大致上對齊，在其它實施方式中，該第一埠 541的擋板543和第二埠的擋板可以互相 偏離。例如，如圖7所示，該第一埠 541的擋板543可以偏離該第二埠 542的擋板 約90°。在其它實施例中，該第一埠 541的擋板543可以偏離該第二埠 542的擋板 約10°，20°，30°，45°，和/或其它適當的偏離角度。該偏離的第一和第二埠 541 和542的擋板543可能幫助減少通過加熱罩520的氣體的加熱對流Fh和通過該反應室510 的再循環流R的支流。在圖6和7中，顯示的若干催化轉換器600的實施方式具有第一和第二套管602a 和602b。在其它實施方式中，可以省略第一和第二套管602a和602b之一。在另外實施 方式中，該催化轉換器600可以包括第一和第二套管602a和602b中至少一個，它們各自 具有單片擋板543，三片擋板543，或者任何其它所需數目的擋板543。在還有一些實施 方式中，至少一個第一和第二套管602a可以包括具有完整圓形開口的擋板(未示出)。圖8是根據公開的另一個實施方式的氣體處理系統800的示意圖。如圖8所示， 該氣體處理系統800可以包括在催化轉換器801下遊結合流體限制器802的催化轉換器 801。該催化轉換器801可以包括裝載催化部件805的反應室803，和圍繞該反應室803 的冷卻通道804。該冷卻通道804可以具有冷卻劑進口 835和冷卻劑出口 837。在某些 實施方式中，該催化轉換器801可以和前述的參照圖1-7的若干催化轉換器的實施方式的 結構和功能大致上相同。在其它實施方式中，該催化轉換器801也可以具有其它構造和/ 或特徵。例如，該催化轉換器801可以大致上和圖1的催化轉換器100相同，只是該催 化轉換器800不包括加熱罩120。在示範的實施方式中，該流體限制器802包括止回閥(checkvalve)，其與該冷卻 通道804的冷卻劑出口 837成流體連通。在其它實施方式中，該流體限制器802也可以 包括孔，喉管(venturi)，噴嘴，和/或其它類型的至少適於減少來自該催化轉換器801的冷卻劑流或者提高通過該冷卻通道804的冷卻劑流的壓降的流體部件。當冷卻劑的供給壓力不足時，該氣體處理系統800的若干實施方式至少可以減 少使催化轉換器801過熱的危險。例如，在某些實施方式中，該氣體處理系統800可以 用於具有船上供水的船舶。在水中時，該船上供水可以提供足夠的壓力，使水通過該催 化轉換器801的冷卻通道804。當船舶在陸上(例如，在拖車上牽引)時，該催化轉換器 801中的水趨於從冷卻劑出口 837排出該冷卻通道804。沒有水，該催化部件805可能過 熱和失效，因為催化反應可能由於該反應室803中的殘餘氣體和/或該催化部件的熱慣性 而仍然是活性的。相應地，通過引入流體限制器802，當船舶離水時，至少一些水可以保 留，以至少降低該催化轉換器801過熱的風險。即使圖8所示的冷卻劑出口 837位於該催化轉換器801的底部，在別的實施方式 中，冷卻劑出口 837可以位於該催化轉換器801的頂部，如圖8的虛線所示。在進一步 的實施方式中，該催化轉換器801可以包括位於該催化轉換器801頂部的第一冷卻劑出口 (未示出)和位於該催化轉換器801底部的第二冷卻劑出口(未示出)。至少一個流體限 制器802可以和該第一與第二冷卻劑出口流體連通。圖9A-B是根據公開的實施方式的能量產生系統900的示意圖。如圖9A所示， 該能量產生系統900可以包括引擎901，催化轉換器902，汽輪機911，和可選的熱交換 器914，它們彼此連接。該引擎901可以包括汽油機，柴油機，氣渦輪機，和/或其它燒 氣設備。或者，如圖9B所示，該能量產生系統900可以包括工業氣源903 (例如，發電 廠，合成氣反應器等等等等)來代替引擎901。在進一步的實施方式中，該能量產生系統 900可以包括至少至少一個引擎901與工業氣源903的組合。如圖9A所示，該催化轉換器902可以包括進氣口 904，其與該引擎901結合， 以及出氣口 906，其向通風口開放。該催化轉換器902還可以包括流體進口 908與流體 出口 910。該流體出口 910可以結合至該汽輪機911。在某些實施方式中，該催化轉換 器902通常可以和上述參考圖1-7的若干催化轉換器的實施方式結構和功能相似。在其 它實施方式中，該催化轉換器902還可以具有其它其它結構和/或特徵。在該示意的實 施方式中，汽輪機911可以結合至發電機912。在其它實施方式中，該汽輪機911還可以 結合至氣體壓縮機，泵，驅動軸，和/或其它適宜的動力設備。在運轉中，該引擎901生產具有雜質(例如，一氧化碳，氧化氮等等)的廢氣。 該催化轉換器902接收廢氣，並將雜質與空氣，氧氣，和/或其它適宜的組合物反應以產 生熱。然後該催化轉換器902在流體進口 908接收流體(例如水)，並用雜質反應生成的 熱提高該流體的能量含量。在示範的實施方式中，該催化轉換器902將接收的流體(例 如水)轉為蒸汽，並將該蒸汽供應至汽輪機911，所述汽輪機911驅動發電機912來產生 電。然後可選的熱交換器914可以濃縮和/或冷卻蒸汽和/或來自汽輪機911的冷凝物。 該冷凝物可以返回至催化轉換器902，排放至下水道，和/或進行其它處理。在船舶內使用天然水通過冷卻劑通道530，測試催化轉換器500的一個具體的實 施方式。該天然水的溫度接近45-60下。該催化部件540由其核心中央至周邊區域顯示小 的溫降，使得該核心至周邊的溫度在運轉速度下接近1100-1400下。然而，該冷卻劑通 道530的外表面溫度通常在70-120下範圍內，甚至在高運轉速度下通常低於100下。該 催化轉換器去除了明顯百分率的碳氫化合物(HC)，氧化氮(NOx)，和一氧化碳(CO)。來自該催化轉換器500的排放量極低，這是超過常規水冷式催化轉換器的明顯改進，並 且令人驚奇地超過已有的用於汽車的氣冷式催化轉換器。更特別地，用在Ramjet EFI， 6.3L，530hp引擎上的該催化轉換器500的實施方式的排放測試顯示於下表1中。表權利要求
1.一種用於處理廢氣流的催化轉換器，包括反應室，具有第一端部，廢氣由其流入反應室，以及第二端部，廢氣由其離開反應室；包圍至少一部分反應室的加熱罩，該加熱罩設置為沿著反應室的外部包含並再循環 加熱氣體；和在反應室中的催化部件。
2.根據權利要求1的催化轉換器，進一步包括圍繞該加熱罩的冷卻劑通道，該冷卻劑 通道設置為圍著該加熱罩含有冷卻劑流體。
3.根據權利要求2的催化轉換器，其中該反應室在第一端部和第二端部之間具有中央導管；該加熱罩具有內殼，其第一部分連著該反應室的第一端部，其第二部分連著該反應 室的第二端部，其中部向外遠離該中央導管，使該加熱罩在該中央導管與內殼之間具有 一封閉空間；和該冷卻劑通道具有向外遠離該內殼的外殼，以及由該內殼與外殼定義的流體通道。
4.根據權利要求2的催化轉換器，其中該反應室在第一端部和第二端部之間具有中央導管，該第一端部具有發散壁，所述 發散壁的橫截面尺寸向該中央導管漸增，該第二端部具有會聚壁，所述會聚壁的橫截面 尺寸離開該中央導管漸降，第一埠通過該會聚壁，第二埠通過該發散壁；該加熱罩具有內殼，其第一部分從該第二埠的上遊連著該反應室的第一端部，其 第二部分從該第一埠的下遊連著該反應室的第二端部，其中部向外遠離該中央導管， 使該加熱罩在該中央導管與內殼之間具有一封閉空間；和該冷卻劑通道具有向外遠離該內殼的外表面的外殼，以及由該內殼與外殼定義的流 體通道。
5 根據權利要求2的催化轉換器，其中該反應室在第一端部和第二端部之間具有中央導管，該第一端部具有發散壁，所述 發散壁的橫截面尺寸向該中央導管漸增，和延伸自該分散壁的第一套管，該第二端部具 有會聚壁，所述會聚壁的橫截面尺寸離開該中央導管漸降，和延伸自該會聚壁的第二套 管，其中該第一套管具有第一埠，該第二套管具有第二埠；該加熱罩具有內殼，其第一部分從該第二埠的上遊連著該反應室的第一端部，其 第二部分從該第一埠的下遊連著該反應室的第二端部，其中部向外遠離該中央導管， 使該加熱罩在該中央導管與內殼之間具有一封閉空間；和該冷卻劑通道具有向外遠離該內殼的外表面的外殼，以及由該內殼與外殼定義的流 體通道。
6.根據權利要求2的催化轉換器，其中該冷卻劑通道在該內殼和外殼之間進一步包括 螺旋流體導軌，以使得流體通道圍繞該內殼的外表面螺旋式延伸。
7.根據權利要求1的催化轉換器，其在該反應室與該加熱罩之間進一步包括埠，加 熱氣流由其流入和流出該加熱室。
8.—種用於處理廢氣流的催化轉換器，包括具有進口部和出口部的反應室，其中該廢氣的主流從該進口部至出口部通過該反應室；圍繞該反應室的氣室；在出口部位於該反應室與氣室之間的第一通路，和在進口部位於該反應室與氣室之 間的第二通路，其中廢氣主流的一部分從該第一埠至第二埠通過該氣室，以產生通 過該氣室的加熱氣體的對流；和在反應室中的催化核心。
9.根據權利要求8的催化轉換器，其中該反應室在該進口部與出口部之間具有導管；該氣室具有從該導管向外遠離的中間壁，以使得該氣室在該內壁與該導管之間具有 一封閉空間；和其中，該催化轉換器進一步包括圍繞該氣室的冷卻劑通道，該冷卻劑通道具有從該 中間壁向外遠離的外壁，以使得該冷卻劑通道在該中間壁和外壁之間包含流體通道。
10.根據權利要求9的催化轉換器，其中該冷卻劑通道在該中間壁和外壁之間包含螺 旋分配器，以使得該冷卻劑通道圍繞該中間壁的外表面螺旋式延伸。
11.根據權利要求8的催化轉換器，其中該進口部具有漸增的橫截面尺寸，相對於 通過催化核心的主流在該催化核心的上遊形成一擴張區，該出口部具有漸降的橫截面尺 寸，相對於該主流在該催化核心的下遊形成以高壓區。
12.根據權利要求11的催化轉換器，其中該第一通路是通過該出口部的孔，該第二通 路是通過該進口部的孔，該催化轉換器進一步在該第一通路包括第一擋板，在第二通路 包括第二擋板，其中該第一和第二擋板伸入該氣室。
13.一種從廢氣流減少排放的方法，包括以第一方向將廢氣的主流通過反應室中的催化核心；將廢氣的副流通過圍繞該反應室的加熱罩；和將冷卻液流通過圍繞該加熱罩的冷卻劑通道。
14.根據權利要求13的方法，其進一步包括，在廢氣的主流通過該催化核心之後，從 該廢氣的主流提取廢氣的副流，並引導該廢氣的副流通過該加熱罩。
15.根據權利要求14的方法，其進一步包括，以和廢氣主流的第一方向相反的第二方 向引導該廢氣的副流通過該加熱罩，並相對於該廢氣的主流在該催化核心的上遊將該廢 氣副流引回入該廢氣的主流。
16.根據權利要求13的方法，其進一步包括，沿著圍繞該加熱罩的螺旋路線通過該冷 卻液流。
17.根據權利要求13的方法，其進一步包括在廢氣的主流已經通過該催化核心之後，從該廢氣的主流提取廢氣副流；以和該廢氣主流的第一方向相反的第二方向引導該廢氣的副流通過該加熱罩；相對於該廢氣的主流在該催化核心的上遊將該廢氣的副流引回入該廢氣的主流；和沿著繞該加熱罩的螺旋路線通過該冷卻液流。
全文摘要
本發明公開了一種用於處理廢氣流的催化轉換器，其包括反應室，包圍至少一部分該反應室的加熱罩，和圍繞該加熱罩的冷卻劑通道。該反應室可以具有第一端部，廢氣由其流入該反應室，以及第二端部，廢氣由其離開該反應室。該加熱罩設置為沿著該反應室的外部包含加熱氣體，該冷卻劑通道設置為圍繞該加熱罩包含冷卻劑流。該催化轉換器在該反應室中可以進一步包括催化部件。
文檔編號F01N3/10GK102027208SQ200880127598
公開日2011年4月20日 申請日期2008年12月26日 優先權日2007年12月27日
發明者大衛·A·恩傑格, 託德·K·漢森 申請人:英什沃克斯公司